Znajdź zawartość

Podczas kiedy jedni naukowcy pracują nad stworzeniem paneli fotoelektrycznych sprawniejszych od obecnych, osiągając nawet imponujące wyniki bliskie 40%, inni zajmują się udoskonaleniami tych najmniej wydajnych, najtańszych paneli, może słusznie sądząc, że dla zwykłego użytkownika najważniejszy jest stosunek możliwości do ceny. Gijs van Elzakker, badacz z holenderskiego Uniwersytetu Technologicznego w Delft znalazł sposób na zwiększenie wydajności najtańszych krzemowych ogniw słonecznych. Najczęściej spotykane w produkcji i sprzedaży ogniwa dzielą się z grubsza na dwa rodzaje: droższe, wyrabiane z krzemu krystalicznego, których sprawność wynosi około 18% oraz tańsze, z krzemu amorficznego, których robocza sprawność wynosi około 7%. Panele z krzemu amorficznego mogłyby osiągać wyższą wydajność, ale przeszkadza tym niezbadany i niezrozumiały na razie efekt Staeblera-Wronskiego. Objawia się on nagłym spadkiem sprawności o około 30% po kilku godzinach od wystawienia na promieniowanie. W rezultacie początkowa sprawność, wynosząca 10% spada właśnie do około 7%. Przerwa w pracy paneli nie eliminuje efektu. Van Elzakkerowi udało się mocno zmniejszyć działanie tego zjawiska. Dokonał tego poprzez rozcieńczenie materiału z którego wytwarza się amorficzny krzem, czyli gazu silanowego (SiH4), przy pomocy wodoru. Dzięki odpowiednio dobranym proporcjom zminimalizował znaczenie efektu Staeblera-Wronskiego, w rezultacie spadek wydajności jest teraz niewielki i ostateczna sprawność paneli wynosi około 9%. Innowacja holenderskiego badacza została już wdrożona do produkcji w niemieckich zakładach Inventux Technologies, gdzie obecnie pracuje.

Baterie słoneczne są znane od bardzo dawna. Mimo, że dają one energię elektryczną „za darmo" na drodze do ich upowszechnienia stoi cena produkcji - świadomość, że pieniądze zainwestowane w zasilanie energią słońca zwrócą się nie wiadomo kiedy, nie zachęca kupujących. Nawet nacisk na ekologię i zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych niewiele w tej materii zmienił. Od dawna szukano lepszych rozwiązań, przede wszystkim tańszych, licząc, że nawet niższa wydajność za znacznie obniżoną cenę zwiększy dostępność tej technologii. Z drugiej strony poszukuje się sposobów na zwiększenie wydajności. Te dwa dążenia pogodzi technologia wdrażana właśnie w firmie Semprius. Wydajność typowych komercyjnych ogniw, opartych na krystalicznym krzemie wynosi 14-19%, na tańszym krzemie amorficznym zaledwie 8%. Zwiększyć można ją w zasadzie bardzo łatwo, zamiast krzemu stosując arsenek galu lub arsenek selenu, teoretycznie nawet do około 40%. Niestety, dwukrotny przyrost wydajności kosztuje aż sto razy więcej - taka jest różnica w cenie technologii krzemowej i arsenkowej, czyniąc tę drugą całkowicie nieopłacalną w komercyjnych zastosowaniach. Na arsenek galu z nadzieją spoglądają nie tylko technolodzy od ogniw fotowoltaicznych, ale także elektroniki półprzewodnikowej. Zastąpienie krzemu arsenkiem galu pozwoliłoby na budowę znacznie szybszych układów scalonych, nad technologiami pracuje na przykład Intel. Cały czas przeszkodę stanowi jednak cena, która jest pochodną skomplikowanego procesu produkcji. Żeby wyprodukować panel słoneczny z arsenku galu, trzeba wyhodować odpowiednio czyste kryształy tego półprzewodnika. Odbywa się to w warunkach wysokiej próżni, w wysokiej temperaturze, gdzie w odpowiedniej komorze kontrolującej warunki kryształ rośnie na specjalnym podłożu. Bardzo drogim podłożu. Później jest cięty na na kawałki, składany i mocowany. Podczas cięcia niestety zniszczeniu ulega kosztowne podłoże, a otrzymujemy tylko jedną warstwę kryształu, czyste marnotrawstwo. Dodatkowy koszt to czas procesu: przygotowanie, a potem opróżnienie komory trwa dłużej, niż sam proces hodowania półprzewodnika. Ale nie ma problemu nie do rozwiązania Sposób na ominięcie tych trudności opracował profesor John Rogers, wykładowca materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Znalazł on sposób na jednoczesne wytwarzanie wielu cienkich warstw krystalicznego arsenku galu bez żadnej utraty jakości. W opracowanej przez niego technologii szereg warstw rośnie jednocześnie, warstwy pożądanego przez nas półprzewodnika przedzielone są bowiem rosnącymi jednocześnie warstewkami arsenku glinu. Taki produkt jest następnie kąpany w roztworze chemicznym, który rozpuszcza niepotrzebny arsenek glinu. W wyniku otrzymujemy błony krystalicznego arsenku galu, gotowe do wykorzystania. Jak łatwo się domyślić, każda dodatkowa warstwa wytwarzana jednocześnie to mniejszy koszt. Hodując ich po dziesięć otrzymujemy już dziesięciokrotny spadek kosztów podłoża i taką samą oszczędność czasu. Ponieważ technologia jest w pełni skalowalna, realne jest jednoczesne wytwarzanie stu, czy więcej błon. Dodatkowy zysk to oszczędność materiału, niebagatelny, zważywszy na koszt arsenku galu. Technologia wdrażana w firmie Semprius w Durham, w Północnej Karolinie, ma też inne zalety. Otrzymane błony można łatwo umieszczać na dowolnych podkładach, również giętkich, otrzymując ogniwa elastyczne. Prof. Rogers opracował kilka lat temu analogiczną technologię do wytwarzania wielkoformatowych błon z krystalicznego krzemu, obecnie zaadoptował ją właśnie do arsenku galu. Zapewnia, że metoda nadaje się do każdego krystalicznego półprzewodnika, jest to tylko kwestia znalezienia odpowiedniego materiału oddzielającego, który można bezpiecznie rozpuścić. W planach ma znalezienie właściwej formuły chemicznej dla azotku galu, który pracuje dobrze w widzialnym spektrum światła. W przeciwieństwie do wielu dotąd wymyślonych sposobów na lepsze ogniwa słoneczne, które zakończyły żywot na etapie prototypu, ta technologia ma szansę naprawdę wywołać małą rewolucję - firma Semprius zapowiada dostarczenie na rynek pierwszych komercyjnych egzemplarzy jeszcze przed końcem roku.

Amerykański Departament Energii (DOE) poinformował, że dzięki jego finansowaniu i pracom Boeing-Spectrolab dokonano przełomu w produkcji baterii słonecznych. Efektywność nowych paneli wynosi aż 40,7%. To znaczący postęp w porównaniu z obecnie stosowanym bateriami, których efektywność waha się w granicach 12-18 procent. Tak znaczące zwiększenie wydajności osiągnięto dzięki skupianiu promieni słonecznych – metodzie, której dotychczas nie stosowano. Użycie optycznego koncentratora promieni pozwala pojedynczej komórce panelu słonecznego na wytworzenie znacznie większej ilości energii niż dotychczas. Dzięki dokonanemu przełomowi koszt zainstalowania kolektorów słonecznych został obniżony do zaledwie 3 dolarów na wat, a koszt produkcji energii elektrycznej spadnie do 8-10 centów za kilowatogodzinę. Uczeni od dwudziestu lat próbowali przekroczyć barierę 40-procentowej wydajności. Na początku lat 80. ubiegłego wieku DOE rozpoczął badani nad "wielopołączeniową galowo-arsenkową komórką słoneczną”, która w efekcie była w stanie przetworzyć na energię elektryczną 16% energii dostarczanej przez Słońce. W 1994 roku należące do DOE Narodowe Laboratorium Odnawialnej Energii przełamało barierę 30-procentowej wydajności, co zwiększyło zainteresowanie bateriami słonecznym ze strony przemysłu kosmicznego. Obecnie większość satelitów używa takich paneli słonecznych. Rozpoczęty przez prezydenta Busha program Solar America Initiative zakłada, że do 2015 roku energetyka słoneczna zyska szeroką akceptację w USA, a z tego typu zasilania będzie korzystało od 1 do 2 milionów gospodarstw domowych. Założono również, że koszt produkcji kilowatogodziny musi mieścić się w granicach 5-10 centów. Ostatnie badania Departamentu Energii powinny umożliwić osiągnięcie tych celów. Sprawa jest o tyle istotna, że USA chcą uniezależnić się od zewnętrznych źródeł energii. Ma temu służyć prezydencki program Advanced Energy Initiative, który zakłada, że wydatki na badania nad alternatywnymi źródłami energii wzrosną o 22%. Amerykanie chcą alternatywnie zasilać nie tylko domy mieszkalne, ale również biurowce oraz samochody.

Powoli jesteśmy świadkami końca epoki paliw opartych na ropie naftowej. Kolejnym na to dowodem jest fakt, iż właśnie zakończyła się pierwsza transatlantycka wyprawa, podczas której jednostka pływająca była zasilana tylko i wyłącznie energią słoneczną. Na pokładzie katamaranu Sun21 z Hiszpanii do USA przepłynęła pięcioosobowa załoga. Podróż odbywała się ze stałą prędkością 5-6 węzłów (8 – 11 kilometrów na godzinę), a katamaran płynął także i w nocy. Kapitan Michael Thonney, dowódca jednostki, rozpoczął przygotowania do podróży w 2004 roku. Wyprawa rozpoczęła się 3 grudnia 2006, a zakończyła 8 maja. W tym czasie Sun21 przebył 7000 mil, a sama podróż przez Atlantyk, której długość wyniosła 3500 mil, zajęła jednostce 52 dni. Podobnej wielkości jacht zasilany silnikami diesla zużyłby podczas takiej wyprawy 3744 litry paliwa. O ile, oczywiście, znaleziono by sposób, na zabranie takiej jego ilości. Sun21 połowę pobieranej przez siebie energii słonecznej przechowywał po to, by móc płynąć również w nocy. Gdy niebo było przez dłuższy czas zachmurzone, odbijało się to na prędkości jednostki, ale płynęła ona nadal. Sun21 to 14-metrowy katamaran ważący 12 ton. Zbudowano go w oparciu o jednostkę MW-LINE Aquabus C60. To popularne w Europie „autobusy” wodne. Jednostka napędzana jest dwoma silnikami, które nadają jej maksymalną prędkość 7 węzłów (5 w trybie oszczędzania energii). Sun21, którego zakup i przebudowa kosztowały około 575 tysięcy USD zostanie wystawiony na aukcji. Obecnie planowana jest wyprawa dookoła świata, podczas której również nie zostanie zużyta ani kropla paliwa ropopochodnego.

Papież Benedykt XVI jest zwolennikiem większej dbałości o naturalne zasoby naszej planety. Dlatego też Watykan postanowił zasilać część swoich budynków ogniwami słonecznymi. Już w przyszłym roku cementowy dach audytorium Pawła VI zostanie zastąpiony dachem z ogniw fotowoltanicznych. Audytorium mieści 6300 osób i jest wykorzystywane podczas audiencji generalnych w zimie i przy złej pogodzie. Odbywają się tam również koncerty. Po zmianie dachu budynek będzie sam produkował energię, która wystarczy do jego oświetlenia oraz ogrzania lub ochłodzenia. Energia, która nie zostanie wykorzystana przez samo audytorium, posłuży do oświetlenia i ogrzania innych watykańskich budynków. Przeprowadzono już odpowiednie analizy, które wykazały, że cała inwestycja jest opłacalna. Modernistyczne audytorium powstało w 1969 roku. Architekci nie chcą, by nowy dach zmienił jego wygląd. Dlatego też będzie on miał identyczny kształt i niemal identyczny kolor co dach obecny. Watykan rozważa też wymianę innych dachów. Nie dotyczy to, oczywiście, dachów zabytkowych budowli.